半导体异质结纤维的静电纺丝合成及其可见光光催化降解有机污染物和杀菌的研究

环境污染给人类的生存带来了严重的威胁，治理环境污染的有效途径之一是发展光催化技术，其关键是开发易回收、稳定高效的可见光光催化剂。本项目旨在开发几种新型的半导体异质结纤维作为可见光光催化剂，并将其用于光催化降解有机污染物和杀菌。主要研究内容包括：(1)设计几种具有优异可见光响应的半导体异质结，发展和完善以静电纺丝技术为基础的合成路线将它们制备成具有新颖结构的异质结纤维，并探索其生长机理；(2)以有机染料为目标污染物，测试异质结纤维的可见光光催化性能，研究异质结纤维中光生载流子的拆分和传输机制，探索组分、尺寸、结构等对其可见光光催化活性的影响规律，筛选出高效稳定的异质结纤维；(3)以筛选出的异质结纤维及其无纺布作为光催化剂，探索在可见光激发下难降解有机污染物的矿化程度和有害细菌的灭活效率，研究有机污染物降解历程和病菌灭活机理。该项目将为光催化技术解决环境污染问题并走向实用化奠定基础。

半导体异质结材料在环境净化和太阳能利用等领域展现了广阔的应用前景。本课题旨在开发半导体异质结纳米材料，并探索了它们的性能和应用前景。主要成果有：(1) 设计和制备了多种半导体异质结纳米材料，包括Bi2WO6-Bi2O3、Bi-Bi2O3、Ta3N5-石墨烯等，这些半导体异质结展现了优异的可见光光催化活性，随后总结了半导体异质结的最新进展，并指出了半导体异质结光催化未来发展的方向和重点；(2)为了获得易回收高效光催化剂，发展和完善以静电纺丝技术为基础的合成路线，设计并合成了宏观尺度纳米结构Ta3N5-Pt和Fe2O3-AgBr异质结无纺布光催化剂，这两种无纺布光催化剂不仅展现了优异的可见光光催化活性，而且便于回收，更重要的是，该无纺布光催化剂在循环使用过程中具有优良的稳定性；(3)发展了多种半导体异质结基光伏电池，包括纤维状可编织CuInSe2-CdS异质结太阳能电池、基于前驱体墨水印刷法的Cu2ZnSnS4光伏电池、面向生物系统的980 nm激光驱动纳米发电机，这些光伏电池将为进一步高效利用太阳能和发展生物电源奠定了良好基础；(4) 实现了其它功能纳米材料的可控合成和性能研究，包括W18O49纳米线的可控合成及其在光热治疗癌症中的应用、LaF3:Ce,Tb纳米颗粒的可控合成及其发光性能。以上相关成果在Chem. Soc. Rev.、 Adv. Mater.、Nano Energy、Sci. Rep.、J. Mater. Chem.等重要期刊上共发表论文15篇，申请中国发明专利3项。